300MW循环流化床锅炉控制逻辑的调整和优化

300MW循环流化床锅炉控制逻辑的调整和优化
图１
１号引风机跳闸后的炉膛压力变化趋势
Ｆｉｇ．１ＴｈｅｔｒｅｎｄｏｆｆｕｒｎａｃｅｐｒｅｓｓｕｒｅａｆｔｅｒｔｈｅｔｒｉｐｏｆＮｏ．１ＩＤｆａｎ
３００ＭＷ循环流化床锅炉控制逻辑的调整和优化
杜朝波，刘友宽，卢
勇
（云南电力试验研究院，云南昆明
６５００５１）
摘要：通过对某电厂３００ＭＷ循环流化床锅炉运行中，一台引风机跳闸引起炉膛压力急剧变化并导致机
组跳闸的事故分析发现，现有的控制逻辑方案中辅机联锁时间过长、总风量指令上限不够合理、锅炉跳闸未联跳引风机等问题是引发事故的重要原因。

根据停机事故反映出的问题，结合机组实际情况，对相关的主保护逻辑、辅机联锁逻辑、自动控制逻辑、机组控制方式进行了调整和优化。

修改后的控制方案更有利于机组的安全、稳定、经济运行。

关键词：循环流化床锅炉；控制方案；控制优化中图分类号：ＴＫ２２３．７；ＴＫ３２３
文献标识码：Ｂ
文章编号：１００４－９６４９（２００８）０２－００４１－０３
０引言
３００ＭＷ循环流化床锅炉机组是目前世界上在
运的最大循环流化床机组，至２００７年１１月，云南省内共有６台３００ＭＷ机组投入商业运行。

从已投运的６台机组的运行情况看，３００ＭＷ循环流化床锅炉的设计还是非常成功的，机组运行稳定，在不易熄火、低负荷稳定燃
烧等方面表现出与普通煤粉炉不同的特点；但同时也存在运行调整复杂、炉内易磨损和结焦、非金属膨胀节易损坏、耐磨耐火材料易脱落等问题。

影响循环流化床锅炉稳定运行的原因，既有设计、制造、施工等方面的，也有运行调整方面的。

由于世界范围内３００ＭＷ循环流化床锅炉机组投运时间都还不长，对机组特性的认识还不够深入，投产后的实际运行反映出原ＡＬＳＴＯＭ公司的控制逻辑方案存在不合理和不完善的地方。

通过某厂３００ＭＷ循环流化床锅炉机组的一次典型停机事
故，对相关的主保护逻辑、辅机联锁逻辑、自动控制逻辑、机组控制方式进行了分析和改进。

１机组概况
某厂３００ＭＷ循环流化床锅炉岛为哈尔滨锅炉
厂引进ＡＬＳＴＯＭ技术生产的ＨＧ－１０２５／１７．５－Ｌ．ＨＭ３７型锅炉，由裤衩型双布风板结构炉膛、高温绝热旋风分离器、自平衡“Ｕ”形回料阀、外置床、冷渣器和尾部对流烟道组成。

锅炉采用并联配风系统，共设有２
台一次风机、２台二次风机、２台引风机、５台高压流化风机和２台石灰石输送风机。

机组分散控制系统（ＤＣＳ）采用美国ｍｅｔｓｏ公司的ＭＡＸＤＮＡ系统，控制方案在原有ＡＬＳＴＯＭ方案的基础上，参考了已投运３００ＭＷ机组的运行情况，结合该厂的辅机配置情况，在机组调试阶段进行了大量的修改完善。

２引风机跳机事故
２００７年１月１５日，在机组整套启动期间，由于
电气方面的原因，１号引风机突然跳闸，由此引起炉膛压力的急剧变化，并导致炉膛压力主保护动作，触发了锅炉跳闸，锅炉跳闸又联跳了汽轮机。

事故过程中的炉膛压力变化趋势如图１所示。

图１中，１号引风机跳闸后引起了炉膛压力的
急剧变化，１４：５９：１４，１号引风机跳闸，１４：５９：１７，１号二次风机跳闸，１５：００：０７，炉膛正压超过４００
０Ｐａ，炉膛压力保护动作触发锅炉跳闸，１５：００：５８，炉膛负压又超过了－３０００Ｐａ，可看出事故过程中炉膛压力在正、负方向均发生了很大变化。

这种急剧的压力变化，一方面影响了机组的安全、稳定运行；另一方面从设备的使用寿命来说，炉内较大的压力变化，对膨胀节、耐磨耐火材料均是很大的冲击，不利于机组的长期稳定运行。

３事故原因分析及解决措施
从事故的直接原因看，电气侧故障引起了１号引风机跳闸，从而导致了这次事故。

但通过认真分析就会发现，单台辅机跳闸并不应该触发锅炉跳闸，所以，引起事故的原因是多方面的，应从多个方面加以分析和解决。

３．１ＲＢ功能未及时投用
机组在高负荷下运行时发生重要辅机跳闸，协调回路应立即减负荷、减燃料，同时通过机组的自动控制回路保证主汽压力、主汽温度、再热蒸汽温度、炉膛压力、含氧量、汽包水位、除氧器水位、凝汽器水位等重要参数的控制。

因为在基建调试阶段，辅机故障减负荷（ＲＢ）功能还未投用，以致１号引风机跳闸后，燃料量未能及时减下来，相应总风量指令也未能减少，１号二次风机跳闸后，２号二次风机导叶继续开大，导致送风过量，是炉膛压力冲高的原因之一。

所以，及时投用ＲＢ，将对保证机组安全、稳定运行发挥积极作用。

３．２引风机出力不足
由于辅机设备选型不同，该厂在负荷２７０ＭＷ、给煤量２００ｔ／ｈ时，引风机静叶开度已在８０％以上，且其中１台引风机电流已接近额定电流；而负荷在３００ＭＷ、给煤量为２１０ｔ／ｈ的已投运参考电厂的引风机静叶开度均小于６０％。

１号引风机跳闸时，２号引风机静叶虽然及时开大，补偿１号引风机的出力，但１号引风机跳闸时２号引风机静叶开度已到达８４％，２号引风机的调整余量是很有限的。

在机组整套启动中，引风机出力达不到设计要求，严重影响了机组的带负荷能力。

引风机出力不足，是炉膛压力冲高的原因之二。

３．３辅机联锁时间过长
在２台二次风机均运行时，１号引风机跳闸，要联跳１号二次风机。

从动作结果看，逻辑联锁没有问题，但联跳时间过长，１号引风机跳闸后，经过３ｓ１号二次风机才跳闸。

辅机联锁时间过长，是炉膛压力冲高的原因之三。

利用ＤＣＳ的事件顺序记录（ＳＯＥ）功能，做了引风机、送风机的辅机联锁试验。

从试验后ＳＯＥ记录看，引风机联跳同侧送风机的时间均在２．７ｓ左右；检查ＤＣＳ中风烟系统主要辅机联锁逻辑运算周期均为５００ｍｓ，将运算周期由５００ｍｓ改为１００ｍｓ再重复做辅机联锁试验，引风机联跳同侧二次风机的时间均在３００ｍｓ以内。

３．４对总风量指令上限进行限制
原总风量指令是由风煤比计算得来的，所以１号引风机和１号二次风机跳闸后，燃料量未减，总风量指令也未减小，以致送风过量。

如果此时２号引风机有足够的调整余量，还是可以实现炉膛压力控制的。

从机组安全运行的角度考虑，针对设备出力情况，考虑在总风量指令回路加入引风机的出力上限限制。

总风量指令由原来的风煤比指令改为针对吸风机运行台数给出的风量指令与原风煤比指令的小选值。

吸风机运行台数的风量指令根据试验定为：１台吸风机运行允许送风量４５０ｋｍ３／ｈ，２台吸风机运行允许送风量１１００ｋｍ３／ｈ。

这样，可对进入炉膛的总风量进行上限限制，保证引风机在出力范围内实现对炉膛压力的控制；同时，为了保证炉内燃烧，在烟气含氧量小于１．５％时，对燃料量进行闭锁增，避免炉内送风不足。

３．５对引风、送风调节回路进行调整
如图１所示，在原控制方案中，１号引风机联跳１号二次风机，相应控制回路中１号二次风机的导叶取消分配，１号二次风机的出力由２号二次风机补上，送风不减反增地进入炉膛，而此时２号引风机静叶开度已达最大，已没有调整余度去控制炉膛正压。

针对这种情况，同时结合总风量回路的调整，对于送风、引风调
节回路，单台风机跳闸时，风机出力不再叠加到另一台风机上，风机导叶根据被调量进行调节。

３．６增加锅炉跳闸联跳引风机保护逻辑
根据原逻辑，锅炉跳闸只联跳一次风机和高压流化风机，停止炉膛内的物料循环，而不联跳引风机和送风机，目的是保持炉内的烟气循环。

在锅炉跳闸的所有触发条件中，只有炉膛压力低低既触发锅炉跳闸，还联跳引风机，即除炉膛压力低低外的其他入口条件，只触发锅炉跳闸，不会联跳引风机。

图１中锅炉跳闸时，２号引风机静叶已全开，锅炉跳闸联跳一次风机和高压流化风机虽使进入炉膛的总风量减少很多，但风量测量是有延时的，同时由于２号引风机静叶输出早已饱和，必须总风量减小到一定量才开始关小，而且引风机静叶往下关也需要一定时间，最终导致一次风机和高压流化风机跳闸引起的风量减小速度超过引风机静叶回关速度，所以出现了图１中锅炉跳闸后炉膛负压冲向了－３０００Ｐａ。

从锅炉安全的角度考虑，在锅炉主保护逻辑中，增加锅炉跳闸联跳引风机（送风机由引风机来联跳）逻辑，即不论锅炉跳闸的入口条件是什么，只要发生锅炉跳闸，都要联跳引风机和送风机。

３．７建议增加锅炉联跳汽轮机的判断条件
图１中锅炉跳闸后，通过机炉大联锁联跳了汽轮机。

但３００ＭＷ循环流化床锅炉在炉膛和外置床内有大量的热床料，蓄热量非常大，锅炉跳闸后在一定时间内仍能保持主汽流量和蒸汽品质，所以锅炉跳闸后并不一定要跳汽轮机，如果能在短时间内排除锅炉侧故障，这期间汽轮机可以不用解列。

从已投运的３００ＭＷ参考电厂的实际运行看，因为锅炉内大量的热量蓄积，运行中曾出现锅炉跳闸后５个多小时汽轮机仍保持并网运行，所以，针对３００ＭＷ循环流化床锅炉的特点，如果既考虑保证机组安全，又尽量利用循环流化床锅炉的优点，尽量减少停机，就可给电厂减少不必要的经济损失。

因此建议增加锅炉联跳汽轮机的判断条件，参考方案如下：增加主汽温低于４３０℃报警、主汽温变化
率高（５℃／ｍｉｎ）报警、主汽温变化率低（－５℃／ｍｉｎ）报警、主汽温过热度低（１２０℃）报警和主汽温过热度低低（１００℃）报警，以便在锅炉跳闸后主蒸汽品质不高时及时停机。

４结语
从这次典型的停机事故可看出，由于３００ＭＷ循环流化床机组在世界范围内投运时间不长，运行调整经验不是很成熟，控制逻辑还存在一些不够合理和完善的地方。

通过对停机事故原因的全面、深入分析，结合机组的实际情况对机组的控制逻辑做了相应的调整和优化。

机组控制逻辑修改后，经ＲＢ试验表明，控制系统的调节性能和品质能够保证机组在异常工况下的安全、稳定运行，说明修改后的控制方案是一种更合理的控制方案，希望对同类机组的控制和运行起到一定的参考作用。

参考文献：
［１］杜朝波，刘友宽，李萍．国产３００ＭＷ循环流化床锅炉炉膛安全监控系统（ＦＳＳＳ）分析［Ｊ］．云南电力技术，２００６，３４（增刊）：２４－２７．ＤＵＣｈａｏ－ｂｏ，ＬＩＵＹｏｕ－ｋｕａｎ，ＬＩＰｉｎｇ．ＡｎａｌｙｓｉｓｏｎｔｈｅＦｕｒｎａｃｅＳａｆｅｇｕａｒｄＳｕｐｅｒｖｉｓｏｒｙＳｙｓｔｅｍ（ＦＳＳＳ）ｏｆｄｏｍｅｓｔｉｃ３００ＭＷＣＦＢｂｏｉｌｅｒ［Ｊ］．ＹｕｎｎａｎＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒ，２００６，３４（ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ）：２４－２７．
［２］卢勇，刘友宽，杜朝波，等．基于单元机组非线性数学模型的３００ＭＷＣＦＢ机组协调控制器参数优化［Ｊ］．云南电力技术，２００６，３４（增刊）：１８－２１．
ＬＵＹｏｎｇ，ＬＩＵＹｏｕ－ｋｕａｎ，ＤＵＣｈａｏ－ｂｏ，ｅｔａｌ．Ｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｄｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒｆｏｒ３００ＭＷＣＦＢｐｏｗｅｒｕｎｉｔｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｎｏｎｌｉｎｅａｒｍａｔｈｅｍａｔｉｃｍｏｄｅｌ［Ｊ］．ＹｕｎｎａｎＥｌｅｃｔｒｉｃＰｏｗｅｒ，２００６，３４（ｓｕｐｐｌｅｍｅｎｔ）：
１８－２１．
（责任编辑吕玲）。